Лабораторная работа №3. Использование стандартных контейнеров данных Задачи работы

Задачами данной лабораторной работы являются:

1. Контроль освоения студентами теоретического материала (знаний о функционировании стандартных контейнеров данных)

2. Развитие навыков работы с шаблонами.

3. Развитие навыков использования механизмов стандартной библиотеки при разработке программного обеспечения.

4. Формирование навыков решения прикладных задач разработки программного обеспечения.

Задание на лабораторную работу

Разработать программу на языке C++, реализующую функциональность в соответствии с вариантом задания.

Варианты задания:

1. Реализовать программу, хранящую совокупность многоугольников на плоскости и позволяющую организовать быстрый поиск многоугольников, попадающих в заданный прямоугольник

   1. Необходимо обеспечить добавление многоугольника и поиск многоугольников, попадающих в прямоугольник.

   2. Предложение: Храните один массив многоугольников и 4 массива или бинарных дерева номеров многоугольников, упорядоченных по самой левой, самой правой, самой верхней и самой нижней точке многоугольника.

   3. Это позволит быстро отфильтровать многоугольники, лежащие заведомо выше, ниже, левее или правее данного прямоугольника, и только для оставшихся реализовывать медленные алгоритмы содержательной проверки пересечения прямоугольника.

2. Реализовать программу, хранящую совокупность отрезков на плоскости и поддерживающую добавление отрезка и быстрый поиск отрезков, попадающих прямоугольник

   1. Предложение: Храните один массив отрезков и 4 массива или бинарных дерева номеров отрезков многоугольников, упорядоченных по самой левой, самой правой, самой верхней и самой нижней точке отрезка.

   2. Это позволит быстро отфильтровать отрезки, лежащие заведомо выше, ниже, левее или правее данного прямоугольника, и только для оставшихся реализовывать медленные алгоритмы содержательной проверки пересечения прямоугольника.

3. Реализовать программу, хранящую множество шариков, летающих в комнате, поддерживающих добавление и удаление шарика и выдающей информацию о 5 ближайших столкновениях шарика со стенкой. Движение шарика равномерное и прямолинейное, удар упругий, возможностью столкновения шариков друг с другом пренебречь. При добавлении шарика указываются его положение, скорость и время начала полета.

4. В электронной картотеке библиотеки для каждой книги хранится номер зала, стеллажа и полки. При этом необходим быстрый поиск книги по фамилии автора (считаем, что автор один) и по слову из названия (падежами и т.д. пренебрегаем, считаем, что слово должно быть в названии точно таким же, как его вводит пользователь). Разработать программу электронной картотеки с операциями добавления книги и поиска.

5. Реализовать систему регистрации сделок на бирже. Для каждой сделки указывается, какой товар продан, в какой день, какое количество и по какой цене. Необходимо по запросу выводить среднюю цену на данный товар в данный день.

6. Реализовать систему, хранящую информацию о доходах налогоплательщиков (для каждого налогоплательщика указывается его заработок в каждом году). Система должна быть в состоянии дать отчет о доходах данного налогоплательщика в данные годы и отчет о среднем уровне дохода в каждом году.

7. Реализовать программу электронного магазина, поддерживающую три операции

   1. Добавление информации о появлении в продаже очередной партии товара (указывается цена, количество и наименование).

   2. Покупку партии товара.

   3. Формирование отчета об имеющихся на складе товарах.

8. Реализовать программу, хранящую информацию о вкладчиках банка. Для каждого вкладчика указывается фамилия и номер паспорта, и для каждого из его вкладов – сумма, валюта и срок возврата. Поддерживать операции добавления и снятия вклада, отчета о всех вкладах и об отдельном вкладчике.

9. Реализовать программу, которая получает результаты измерений одной и той же меняющейся величины 10 датчиками. Если больше 3 значений подряд, приходящих с одного датчика не соответствуют значениям с остальных – объявить датчик испортившимся и более не учитывать. Операции

   1. Добавить результат очередных измерений (10 чисел).

   2. Вывести среднее значение величины по итогам последнего измерения.

   3. Вывести информацию об исправных датчиках.

10. При голосовании приходят результаты в виде «На участке № такой-то такая-то партия получила столько-то голосов.» Система должна в любой момент выдать информацию о доступных результатах по данному участку и о суммарном количестве проголосовавших за партию.

11. Несколько датчиков установлены в разных местах планеты и присылают свои результаты измерения температуры (указывая номер датчика, температуру и время). Необходимо по запросу пользователя выводить отчет о любом датчике (все его измерения), или данные со всех датчиков, говорящие о температуре в заданном интервале времени.

12. Корабли присылают в каждый момент времени данные о своей скорости и направлении и свои координаты. Необходимо предупредить пользователя, если данные не согласованы (т.е. если изменение координат не соответствует скорости и направлению движения корабля). Землю считать плоской.

13. Завод по сборке автомобилей покупает комплекты комплектующих и производит автомобили из них. Необходимо хранить информацию о количестве комплектов на складе комплектующих и количестве готовых к отгрузке автомобилей. Основные действия – это покупка N комплектов комплектующих, производство N автомобилей, продажа N автомобилей, выдача отчета о количестве комплектующих и автомобилей на складах.

14. В базе данных животных в зоопарке хранится информация о виде животного, кличке и количестве потребляемой в день еды (сколько килограммов какого продукта необходимо в неделю). Необходимо формировать отчеты о потребностях данного животного, о потребностях всех животных данного вида и сообщать о суммарной потребности в данном продукте в неделю.

15. Подразделения фирмы, нуждающиеся в покупке компьютеров, вносят заказы в базу данных. Отдел закупок вносит информацию о ценах на соответствующее оборудование. Необходимо иметь возможность вывести всю информацию о потребностях каждого подразделения и о данном виде оборудования.

16. Предприятие хранит базу данных о сотрудниках. Фамилия, №паспорта, должность, зарплата. Основные операции – прием на работу, увольнение, перевод на другую должность, изменение зарплаты, отчет о всех сотрудниках, выдача информации о конкретном сотруднике.

17. Операционная система хранит базу данных процессов. Процесс имеет постоянный приоритет (константа, задается пользователем) и дополнительный приоритет (у каждого следующего процесса на 1 меньше, чем у предыдущего – чтобы те, кто дольше ждал, имели преимущество). Набор поддерживаемых операций:

    1. Добавить процесс с данным именем и постоянным приоритетом

    2. Выбрать из очереди процесс с наибольшим приоритетом (суммой постоянного и дополнительного). Он отработает и завершится.

    3. Выбрать из очереди процесс с наибольшим приоритетом (суммой постоянного и дополнительного). Он отработает, после этого нужно снова поставить его в очередь (уже с новым дополнительным приоритетом).

    4. Все операции должны работать за логарифмическое время.

Указание: priority_queue.

Достаточна разработка консольного приложения. Разработка Windows-приложения будет большим преимуществом выполнения работы, если студент достаточно подготовлен для создания Windows-приложений, иллюстрирующих работу системы.

Требования к отчетности по лабораторной работе

В качестве отчета по лабораторной работе студент предоставляет в электронном виде программу на языке C++, реализующую функциональность в соответствии с вариантом задания.

Предлагаемые этапы выполнения работы

1. Выбор наиболее подходящего стандартного контейнера данных (или группы контейнеров).

2. Выделение классов и функций, разрабатываемых в рамках программы.

3. Реализация классов и функций.

4. Отладка программы.

Теоретический материал, необходимый для выполнения лабораторной работы

Описание работы с классами в языке программирования C++

См. методические указания к лабораторной работе №2.

Основные контейнеры библиотеки STL

Контейнеры библиотеки STL подробно описаны в учебно-методическом пособии [1]. В STL воплощены все основные контейнеры – массив (std::vector), список (std::list), бинарное дерево поиска (std::set, std::multiset), словарь (std::map, std::multi_map), хэш-таблицы (std::hash_set, std::hash_multiset, std::hash_map , std::hash_multimap), двусторонняя очередь (std::deque), стеки и очереди (std::stack, std::queue), очереди с приоритетами (std::priority_queue)

Основные правила выбора контейнера для использования могут быть сформулированы следующим образом:

1. Если для задачи достаточно функциональности одного из контейнеров с жестко ограниченным набором операций (std::stack, std::queue, std::priority_queue) – используйте этот контейнер.

2. Если наиболее частая операция с контейнером – это поиск определенного значения (и выполнение тех или иных операций с ним) – целесообразно использование контейнеров, построенных на бинарном дереве (std::set, std::multiset, std::map, std::multi_map) или на хэш-таблице (std::hash_set, std::hash_multiset, std::hash_map , std::hash_multimap). Пожалуй, это наиболее частый случай.

3. Если Вы собираетесь выполнять операции, требующие доступа по индексу (сортировать массив по разным критериям, использовать индекс в массиве как идентификатор объекта, потому что в данной задаче он не меняется) – Вы можете использовать std::vector.

4. Если набор операций ограничивается добавлением элементов, и операциями над набором, реализуемыми стандартными механизмами STL (вызов функции для всех элементов, удаление всех соответствующих условию, …) – лучшим вариантом может быть std::list.